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宇宙无限,信使有痕。
作为来自外太空的唯一物质样品,宇宙线(又称宇宙射线)携带着关于宇宙起源和天体演化,包括宇宙深处爆炸突变、中子星碰撞以及宇宙早期活动等信息。
其是来自宇宙的高能粒子流的总称。这些来自宇宙空间的高能射线不断降落在地球,原初宇宙射线的粒子在穿过地球的“保护膜”大气层时,与大气原子核碰撞后又不断产生“子子孙孙”——次级粒子,在空中形成一阵“宇宙射线雨”。这也被称为广延大气簇射。
百年来,学界一直企图“捕捉”和研究这些“阵雨”,以了解光年外的世界:宇宙线是如何产生的,具体哪个地方发出的,为何会加速这么高的能量……在四川稻城亚丁平均海拔米的海子山上,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”也在执行这样的任务。
在5月17日,中国科学院高能物理研究所、SpringerNature联合发布了LHAASO项目最新重大发现,突破了领域内传统认知,开启了一个新的时代。这些发现将于年5月17日发表在《Nature》(《自然》)。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成。
发现了什么
最高达到1.4拍电子伏伽马光子
根据公布的信息,LHAASO项目在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到最高1.4拍电子伏特(PeV)的伽马光子(拍=千万亿),这是人类观测到的最高能量光子。而这也打破了以往的理论认知。
宇宙线被称为宇宙“信使”,包括质子和各种原子核、还有少量的光子、中微子、电子等。“而宇宙线还包括一个重要的特点,就是能量非常高。”LHAASO项目首席科学家曹臻表示,人类建在日内瓦的大型质子碰撞加速器(LHC)产生的粒子,是目前人类可以产生的最高能量粒子。“而这次观测到的,能量是其倍。”
也就是说,尽管这次观测积累的数据还很有限,但所有能被LHAASO观测到的源,它们都具有0.1拍电子伏特(PeV)以上的伽马辐射,也叫“超高能伽马辐射”。这表明银河系内遍布拍电子伏加速器,而LHC只能将粒子加速到0.01拍电子伏特(PeV)。
科学家们发现了能量超过拍电子伏特(PeV)的光子,来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区和蟹状星云,其位于天鹅座中心位置。还发现了12个稳定伽马射线源,能量一直延伸到1拍电子伏特(PeV)附近,这是位于LHAASO视场内银河系内最明亮的一批伽马射线源,测到的伽马光子信号高于周围背景7倍标准偏差以上,源的位置测量精度优于0.3°。
有何用处
促进加速器研究发展的同时也更好认识宇宙环境
“宇宙线大多都是由带电的原子核组成,但在银河系这个大磁场里,容易‘跑乱’。但幸好宇宙线内还有光子的存在,光是走直线的,我们探测到了光子就可以跟着它寻来时的路”曹臻表示,这样也许就能找到它的源头,找到能产生它的宇宙加速器。
据介绍,天鹅座恒星形成区是银河系在北天区最亮区域,拥有多个具有大量大质量恒星的星团,大质量恒星的寿命只有百万年的量级(相比之下,地球的寿命已经是至少40亿年了),因此星团内部充满大量恒星生生死死的剧烈活动,具有复杂的强激波环境,是理想的宇宙线加速场所,被称为“粒子天体物理实验室”。
LHAASO在天鹅座恒星形成区首次发现PeV伽马光子,使得这个本来就备受